Umfassendes Energiemanagement mit WinCC Siemens Scada-System integriert jetzt auch Tools für den effizienten Umgang mit Energie

Energiesparen ist angesichts schwindender Ressourcen und weiter steigender Energiepreise das Gebot der Zeit. Darüber hinaus fordern auch immer strengere Umweltauflagen eine effizientere Nutzung von Energie in allen ihren Formen, ob Strom, Gas, Dampf, Druckluft, Wärme oder Kälte. Auch dieser Beitrag zeigt, dass eine Sensibilisierung von Industrie und Gesellschaft eingesetzt hat und ein effizienterer, bewusster Umgang mit Energie angestrebt wird. Voraussetzung dafür ist, die Verbräuche möglichst genau zu erkennen, um dann analysieren zu können, ob die Energie effizient eingesetzt wird und wo sich Einsparpotenziale auftun. Bei aller Motivation dürfen aber die eigentlichen Ziele jeder Fertigung nicht außen vor gelassen werden: Produktivität, Wirtschaftlichkeit und Qualität. Was eine gesamtheitliche Betrachtung sämtlicher Gewerke, Abläufe und Prozesse sinnvoll macht. Denn nur so lassen sich Informationen aus allen Bereichen und Ebenen miteinander verknüpfen und Rückschlüsse ziehen, die neben der Energieeffizienz auch die Anlagenverfügbarkeit, damit die Produktivität, und/oder die Qualität verbessern können. Zwei plastische Beispiele Aus der allmählich ansteigenden Stromaufnahme eines elektronisch geregelten Antriebs lässt sich ableiten, dass entweder mit dem Antrieb selbst (Lagerung) oder im angetriebenen Maschinenteil irgendetwas \’nicht stimmt\‘ (Bild 1). Überwacht man den Energiebedarf dieses Antriebs, erkennt man vor allem schleichende Abnutzungserscheinungen/Verschleiß deutlich früher, kann sich beizeiten die Ursachen ansehen und ggf. notwendige Wartungsarbeiten planen. Und zwar so, dass die Produktion nicht beeinträchtigt wird und irgendwann abrupt unterbrochen werden muss. Die Verfügbarkeit bleibt gesichert. Umgekehrt können durch frühzeitiges Eingreifen, sprich optimale Wartung, auch die Energiekosten gesenkt werden. Ähnlich verhält es sich bei der Bereitstellung von Druckluft. Hier kann anhand steigender Einschalthäufigkeit und -dauer der Kompressoren auf zunehmende Leckageverluste (oder wiederum Abnutzung) geschlossen werden, die zu einem höheren Energiebedarf führen und umgekehrt. Diese und weitere Zusammenhänge gilt es für alle Beteiligten, vom Maschinenbediener bis zur Unternehmensleitung, schnell und einfach überschaubar darzustellen, damit jeder die für ihn relevanten Entscheidungen treffen und sicher die erforderlichen Schritte einleiten kann. Wer Energiedaten erfassen will, muss dazu keineswegs die gesamte Feldebene flächendeckend mit neuer Sensorik ausrüsten. Diverse Produkte von Siemens liefern längst elektrische Größen wie Strom, Spannung und Leistungsfaktor, darunter Leistungsschalter (Sentron), Frequenzumrichter (Sinamics) und Motorstarter (ET200). Alle anderen (Energie-)Verbraucher lassen sich z.B. über Multifunktionsmessgeräte der Reihe Sentron-PAC an übergeordnete Automatisierungs- und Energiemanagement-Systeme anbinden. Integrierende Scada-Lösung Eine im Vergleich zu mehreren separaten Speziallösungen einfache und wirtschaftliche Möglichkeit der eingangs genannten ganzheitlichen Betrachtung sämtlicher Gewerke, Abläufe und Prozesse ist das offene und damit skalierbare Scada-System Simatic WinCC von Siemens. Es bietet breit gefächerte Basisfunktionalität für das Monitoring and Controlling komplexer Maschinen und Anlagen, die sich über diverse Optionen bzw. Add-ons in vielfältiger Weise ausbauen und an spezifische Gegebenheiten und Anforderungen anpassen lässt. In diesem Kontext wichtigste Erweiterungen sind das Optionspaket Simatic Maintenance Station für effizientere Instandhaltung und die Add-ons Simatic powerrate als Einstieg ins Energiemanagement auf der Automatisierungsebene sowie b.data, ein Energiemanagement-System für die Belange der Unternehmensleitebene. Letzteres verbindet technische und kommerzielle Datenverarbeitungssysteme. Für eine komfortable Visualisierung, Analyse, Aufbereitung und Verteilung von Prozess- und Energiedaten lassen sich Maschinen und Anlagen mittels der Optionen DataMonitor bzw. WebNavigator auch in Firmennetzwerken direkt sowie via Internet beobachten und bedienen. Optimierung von Wartung und Instandhaltung Für die Optimierung von Wartungs- und Instandhaltungsprozessen ist die Option Simatic Maintenance Station konzipiert. In weitgehend automatisch (aus der Hardware-Projektierung) generierten Bildern visualisiert das System alle angeschlossenen Steuerungskomponenten, Schaltgeräte, Antriebe und Bussysteme und überwacht deren Zustände. Dabei reagiert es nicht erst beim Auftreten von Fehlern (d.h. korrektiv), sondern auch auf Warnungen der Komponenten, um Fehler frühzeitig zu verhindern (präventiv). In die Überwachung lassen sich nun auch Energiedaten einbeziehen und anhand der mitgeschriebenen historischen Daten Korrelationen aufspüren, die eine weitere Verbesserung der Früherkennung und Prävention ermöglichen. Damit erkennt man mitunter Abhängigkeiten, die bei getrennter Datenhaltung nie so zum Vorschein kämen. So etwa, dass der Energiebedarf eines verschleißenden Motors sogar vor den ersten Wartungsmeldungen (erhöhte Schwingung oder Temperatur) deutlich zu steigen beginnt. Analyse von Energieströmen Ausgerichtet auf die Analyse und Evaluierung von Energieströmen ist Simatic powerrate. Das Add-on erfasst über zusätzliche Funktionsbausteine relevante Energiedaten aus dem Feld und bereitet diese auf. Zur Visualisierung und Bearbeitung der Energiedaten gibt es vorgefertigte, ohne langwierige Projektierung nutzbare Faceplates, während Excel-Makros eine automatisierte Zuordnung von Energieverbräuchen und Energiekosten zu Kostenstellen, Produktionsanlagen oder auch Chargen ermöglichen und das Berichtswesen wesentlich erleichtern. Im Fokus steht darüber hinaus die Limit­überwachung (Bild 2). So können z.B. die zur Abrechnung elektrischer Energie genutzten 15-Minuten-Leistungs­mittelwerte überwacht und die Verbräuche anhand prognostizierter Trendwerte so gesteuert werden, dass vereinbarte Limits nicht überschritten und gleichzeitig wichtige Produktionsprozesse nicht beeinträchtigt werden. Im Idealfall reduziert dies das Energie-Bezugsniveau und so die Energiekosten. Die Leitebene unterstützt das Add-on b.data mit erweiterten Funktionen, u.a. für: – lückenlose Energie- und Stoffbilanzierung und damit unternehmensweite Transparenz, – eine verursachergerechte Aufteilung von Energiekosten und deren Überleitung in ERP-Systeme sowie – produktionsbezogene Last- und Bedarfsprognosen für höhere Planungssicherheit und effiziente Energiebeschaffung. Ergebnis ist eine gesamtheitlich optimierte, wirtschaftliche Energiebetriebsführung. Das Anzeigen, Analysieren und Auswerten sowohl aktueller Prozesszustände als auch historischer Daten und Meldungen aus der Prozessdatenbank ist schließlich Aufgabe des DataMonitors. Hinzu kommt eine Reihe von Werkzeugen zur Web-basierten Bereitstellung und Verteilung beliebig kombinierbarer Prozessdaten auf allen Unternehmensebenen. Ein Beispiel für die vielfältigen Möglichkeiten, Energiedaten zu integrieren, sind sogenannte \’Dashboards\‘ (Bild 4), die auch über das Intra-/Internet bereitgestellt werden können. Dabei handelt es sich um kompakte Zusammenfassungen des gesamten Betriebsgeschehens, die vorrangig Entscheidungsprozesse auf der Management-Ebene unterstützen und erleichtern. So lassen sich WinCC Controls wie z.B. für Alarme und Trends oder selbst erstellte Controls usw. frei miteinander kombinieren. Verschiedene Schlüsselgrößen (engl. Key Performance Indicator, KPI) wie Produktivität, Verfügbarkeit, Energieverbrauch und Qualität wahlweise einer Maschine oder mehrerer Maschinen oder Linien werden hier grafisch durch Gauge Controls und textuell als aktuelle und Sollwerte dargestellt. Mit nur einem Mausklick erhält der Nutzer Zugriff auf detaillierte Informationen wie Prozesswerte, Maschinenzustände, Trend Controls (z.B. des Energieverbrauchs) (Bild 5), Meldungen über Alarm Controls (z.B. für Energie-Grenzwertüberschreitungen) und dergleichen mehr. Weiter auf Integrationskurs Damit und mit der einfachen Integration von abgestimmten und hocheffizienten Energiemanagement-Funktionalitäten in sein etabliertes Scada-System Simatic WinCC liegt Siemens voll im gegenwärtigen Trend zu einem weiteren Zusammenwachsen mehrerer Anlagenteile zu einem großen Ganzen: Zu zentraler Bündelung, Verknüpfung und Auswertung unterschiedlichster Prozessdaten und der damit möglichen gesamtheitlichen Optimierung unter einem Dach. Kasten: Komponenten des Optionspaketes – Process Screens,für reines Beobachten (View-only) über Prozessbilder, – Trends and Alarms, zur Anzeige und Analyse archivierter Prozesswerte und Meldungen in Kurven- oder Tabellenform, – Excel Workbooks,für die Anzeige archivierter Prozesswerte in einer Excel-Tabelle zur Auswertung und Ablage im Intra-/Internet bzw. als Druckvorlage für Berichte, – Published Reports, zum Generieren zeit- und ereignisgesteuerter Berichte und Reports im Excel-Format oder als PDF-Datei und – WebCenter, als zentrales Informationsportal für den Zugriff auf Prozessdaten über benutzerspezifische Sichten (Bild 3), mit übersichtlichen WebCenter-Seiten, hierarchisch strukturierbar durch Benutzergruppen und individuelle Benutzerrechte für das Lesen, Schreiben und Erstellen.